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Exemples de techniques bio-inspirées en robotique

Dossier - La robotique inspirée de la nature
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En 1960 naît une discipline nommée la « bionique », marquant officiellement l’intérêt des scientifiques pour les innombrables astuces découvertes par les systèmes vivants au cours de leur évolution. Le terme vient de la contraction de « biologie et technique » ou « biologie et électronique ».

  
DossiersLa robotique inspirée de la nature
 

La bionique mêle ainsi la biologie à l'électronique, produisant des techniques et matériaux aux caractéristiques nouvelles, copiées sur la nature. Exemples de techniques inspirées par la nature.

Détail d'une feuille de fougère. © AnnaER - Domaine public
Quand la technique s'inspire de la nature. Ici, une aile de papillon. © Hersandesign 2004, vol-de-papillon.com

Du scarabée Stenocora à la puce microfluide

Le scarabée Stenocara « buvant » le brouillard matinal dans le désert de Namibie, l'un des plus chauds du monde. Les bosselettes accumulent l'eau sur leurs sommets hydrophiles et la libèrent brusquement sur leurs pentes hydrophobes.

Les bosselettes du scarabée peuvent servir d'inspiration pour la réalisation de puces microfluides. © DR

Cette substance pourrait servir à l'élaboration de puces microfluides, des systèmes miniaturisés susceptibles d'être introduits au sein des cellules afin d'y effectuer, dans de minuscules cavités remplies de liquides, des centaines d'analyses biochimiques différentes.

Des fractales de la nature aux habitations « bio »

Une fractale désigne toute figure qui présente un phénomène d'autosimilarité pour diverses dimensions, comme les feuilles d'une fougère ou les arborescences des vaisseaux de notre système sanguin. La même logique répétitive des fractales est au cœur des travaux de Dennis Dollens, architecte vivant au Nouveau-Mexique. Au moyen d'un logiciel adapté, il simule sur ordinateur le mode de croissance des plantes, concevant un bâtiment aux panneaux solaires comme des feuilles, ses chambres d'habitation comme des cosses, ses racines et sa structure porteuse comme celles d'un arbre.

Une habitation bio-inspirée. © Dennis Dollens, Universitat Internacional de Catalunya, Barcelona

Du papillon aux écrans plats

Malgré l'absence totale de pigments colorés, les ailes de certaines espèces de papillons présentent des couleurs éclatantes. Cela est dû à la structure fine de leurs écailles, qui engendre des phénomènes d'interférence et de diffraction de la lumière regroupés sous le nom d'iridescence. Ce procédé a été appliqué par une société de San Francisco pour concevoir la génération d'écrans plats iMoD (interferometric MoDulator), constitués d'une membrane métallique réfléchissante recouverte de nanomiroirs à raison de 80.000 par centimètre carré. Ces écrans consomment le dixième de l'énergie nécessaire à un écran à cristaux liquides.

Les écailles des papillons sont à l'origine du procédé de réalisation des écrans plats iMoD. © Iridescence, les couleurs physiques des insectes de Serge Berthier, Springer France, Paris, 2003/Joseph Le Lannic – CMEBA – Université Rennes 1

Du hibou aux « images sonores »

La société berlinoise GFaI a inventé et commercialise des caméras acoustiques inspirées de l'audition des rapaces nocturnes. Elles sont équipées de nombreux micros qui captent des sons émis à des distances pouvant aller de 30 centimètres jusqu'à 300 mètres. Ceux-ci sont traités par un ordinateur qui superpose une image visuelle de la cible à son « image sonore ». Ce principe est appliqué pour savoir où le bruit d'une machine peut être réduit, ou pour détecter l'origine de pannes.

L'audition des hiboux a inspiré la fabrication de micros captant des sons à grande distance. © GFaI Tech, Berlin/Axilane Instruments, Nozay

De la puce à nos disques spinaux

Imaginons un humain au rez-de-chaussée de son immeuble et atteignant d'un seul bond son balcon situé au 100e étage. C'est ce qu'il arriverait à faire si ses tendons étaient en résiline, la substance qui permet à une puce de faire des sauts d'environ 150 fois sa taille et à une mouche de battre des ailes environ 500 millions de fois au cours de sa vie.

Des chercheurs du CSIRO, de l'université du Queensland et de l'université nationale australienne ont pu obtenir une solution de ces molécules et fabriquer un ruban qui peut supporter un allongement de 300 % avant de se déchirer. Les applications de ce matériau visent à réparer les vaisseaux sanguins, les valves cardiaques, mais surtout à remplacer nos disques spinaux, structures qui amortissent les mouvements de nos vertèbres chaque fois que nous plions le dos - beaucoup moins fréquemment que la puce ne saute dans sa vie - et qui sont malheureusement moins résilientes que les nanoressorts de l'insecte !

En s'inspirant de la puce, des chercheurs ont mis au point un matériau résistant dans l'allongement, qui pourrait être utilisé pour remplacer nos disques spinaux. © Dave Merritt, University of Queensland, Brisbane